水冷式植物工厂LED面光源及散热系统的研制与测试

大功率LED的散热问题影响着LED的发光效率和电能消耗。该研究设计了水冷式植物工厂LED面光源及散热系统,通过水循环将LED面光源产生的热量及时置换,从而降低LED结温、延缓其光衰,同时将置换的热量根据植物工厂需热特点配置,降低控温能耗。该系统主要包括LED面光源、散热器和水循环系统三部分。水循环系统水路分为两路,在采暖季节将热量置换于植物工厂内部用于室内增温,而在非采暖季节将热量置换于室外,通过风冷散热后再进入水循环系统。性能测试试验表明：水冷式散热装置具有降低LED面光源散热器温度的作用,较无水冷散热装置的散热器温度最少低5.3℃,最高低19.3℃,不仅直接降低了散热器温度,还间接降低了LED结温,从而延长了LED面光源的使用寿命。     

基于EDEM-Fluent的玉米储藏立筒仓环流通风与纵向通风仿真分析

为解决立筒仓中纵向通风方式储粮效果不佳,在储粮机械通风过程中存在通风不均匀等问题,该文结合纵向通风与横向通风的优点建立了环流通风仓模型,应用EDEM-Fluent流固热耦合方法,对相同工况下,储粮仓两种风道结构在机械通风时的速度场、温度场进行仿真对比分析。结果表明：环流通风速度均匀性指数为0.92,纵向通风速度均匀性指数为0.88,相同工况下环流通风气流在粮仓内分布更均匀。在温度场仿真分析中,纵向通风初期入风口附近区域粮堆温度呈梯度下降,明显低于初始温度,上层粮堆由纵向通风引起的热量传递不明显,受仓顶环境温度影响,粮面温度较粮堆内部低;环流通风初期,上层粮堆在环流通风影响下已经开始进行热量交换,产生温度梯度,通风结束后,纵向通风在粮层高度H=0.5 m处,温度维持26.85 ℃,H=0.8 m处温度降到27.85 ℃,整体平均温度降至24.77 ℃,环流通风仓在这两处温度分别为24.85 ℃和25.85 ℃,整体平均温度降至23.43 ℃,环流通风整体降温效果优于纵向通风;在颗粒温度场仿真分析中,相较于纵向通风,环流通风仓上下部颗粒温度相差较小,整体降温均匀。在不同通风形式下的粮仓各层温度变化规律分析中,不同高度的粮层,环流通风的粮堆温度均低于纵向通风,环流通风的粮堆温度下降更快,降温效果更好。整体结果表明,加装环流风道后立筒仓内粮堆降温效果明显优于纵向通风结构,该研究结果为立筒仓风道优化,解决储粮通风不均问题提供重要依据。     

温室便携式温差发电系统的设计与试验

为解决在极端条件下,偏远地区温室大棚小功率器件,如节能灯、温度湿度监控系统、数码设备等必要用电设备的随时供电问题。该文设计了一种便携式且可持续供电的温差发电系统。该系统发电结构为一个小型的长方体发电箱,且系统总质量较轻,满足便携性。该系统采用生物质燃烧产生的热量作为热源,使用扁平热管作为导热元件,冷端利用水冷散热。使用ANSYS对系统进行仿真分析,并搭建试验平台,采集并记录相关数据,数据显示该系统热端的最高温度为270.1℃,输出的最大功率为10.7 W,热电效率最大为5.73%;结果表明,该系统具有便携性,热端温度较高,具有较高的热电效率,在极端条件下或偏远地区可实现随时发电,同时为便携式发电系统的研究与应用提供了有力依据。     

动力电池冷热双向循环热管理系统性能分析

基于工质相变换热和无泵循环思路,提出了一种动力电池冷热双向热管理系统。以某款三元锂电池为研究对象,试验测试了冷热双向循环热管理系统的散热和加热工况。结果表明:该系统能实现电池箱低温工况加热与高温工况散热的运行切换管理。散热工况下,换热板采用4根竖管比单根蛇形管的散热能力强;冷凝器侧强制风冷散热与自然对流散热相比,能将系统一换热功率提高10%～44.2%,系统二换热功率提高20%～48.6%;电池箱温度为60℃时,自然对流散热系统换热板的最大温差小于2℃,强制对流散热系统换热板的最大温差小于1℃;在电池初始温度25℃时,1C、2C、3C放电倍率下,放电结束强制对流散热在能将8块电池的平均温度分别降低2.1、3.9、4.7℃。加热工况下,多组试验电池箱的升温效果一致性较好。考虑车辆行驶中换热板倾斜的影响,受制于工质的流量分配,散热工况时温度均匀性优于加热工况。     

基于系统动力学的北方大型沼气发电系统热平衡分析

该文应用系统动力学和有限元热平衡分析方法,针对黑龙江省某大型沼气发电工程,研究其能量供需平衡情况,并确定工程实际运行过程中的一些关键参数。研究结果表明：罐体散热损失、水分蒸发热损失、沼气排出带走的显热损失、管路热损失占发酵系统总热损失的比例分别为85.59%～90.22%、2.05%～8.42%、3.93%～4.78%、2.06%～2.96%;通过对加热料液所需热量的分析确定了配料热水的加热温度,6、7、8月份为53℃,其它月份为65℃,其占沼气工程总需热量的73.13%～87.91%;通过对管路热损失的分析确定了不同外界气温条件下维持发酵罐35℃恒温发酵的日均加热时间;通过整个系统能量供需平衡的分析得出该工程发电回收的余热能够维持系统全年连续运转,为北方高寒地区大型沼气工程的应用及推广奠定了理论基础。     

浅圆仓环壁通风降温系统的性能试验与风道设置优化

通风降温是实现粮食保质储藏的重要措施。以大直径浅圆仓为研究对象,建立了环壁分层通风快速降温实验系统,进行了不同工况的降温实验,研究在粮食初入仓阶段的降温过程中,影响粮堆内温度、水分均匀性的因素。结果表明:外界热环境对降温速度有明显影响,过渡季高温期工况和夏季工况下,降温速度分别为0.43和0.16℃/h,纵向层间温差分别为0.5和1.6℃,降温后粮堆平均温度为17.24和22.76℃,分别达到准低温储粮(20℃)和常温储粮(25℃)的范围。采用露点以上温度进行送风,降温过程粮堆内空气相对湿度较为稳定,波动幅度在5%以内。采用计算流体力学(computer fluent dynamic,CFD)方法对环壁风道的配置进行了模拟研究,模拟结果与实验结果的平均相对误差为6.43%,证实了模拟的合理性与准确性。模拟结果表明,环壁风道上移后,增强了上部粮堆的降温效果,提高了整体降温速度,改善了粮堆温度的均匀性。     

日光温室后墙蓄放热帘增温效果的性能测试

为了增加日光温室有效蓄热量,改善日光温室夜间温度环境,保障作物安全越冬,该文设计了一种以日光温室后墙为结构支撑的温室蓄放热帘增温系统,白天利用该系统的集放热板吸收太阳辐射热,并通过水介质将热量储存于蓄热水池中;夜晚通过水介质的循环将蓄积的热量释放到温室中,以提高夜晚温室内空气温度。试验结果表明：晴天时应用温室蓄放热帘增温系统能将温室夜间平均气温提高4.6℃,阴天时能提高温室夜间平均气温4.5℃;试验期间当室外最低气温为-12.5℃时,对照温室最低气温仅为5.4℃,而试验温室最低气温为10.1℃;该系统在阴天平均集热效率为42.3%,在晴天时平均集热效率为57.7%;与电加热方式相比该系统的节能率达到51.1%以上。     

LED灯模拟作物间作套种群体内光环境的设计与应用

在室内有效模拟作物复合群体内的光环境,是深入研究作物间作套种分子生态机理的基础。该文首先设计了一种用于植物室内培养的发光二极管（LED）照明灯具,其主要特点包括：选用蓝光、红光、远红光3种对作物生长发育影响最大的高功率LED灯珠为光源,按照1:3:3的比例进行组合,从而形成光照均匀的光源板;应用散热片、风道、风扇对光源板进行有效散热;采用脉宽调制（PWM）方式实现每种灯辐射强度的连续、独立调节。为进一步验证其功能,以玉米-大豆套作模式为例,根据田间自然光环境和两作物复合群体内光环境的实际测定值,采用所设计     

电动农用车横向电池包的散热性能

强迫风冷散热是目前电动汽车电池包应用最广泛的散热方法,一般采用自然风或者空调风,其研究重点放在如何平衡各模块的流场条件,它具有结构简单、成本低廉、可维护性高等特点,较好地满足了现代电动农用车的使用要求。电池包不同进风口模式将影响强迫风冷散热性能,通过仿真计算方法研究比对不同进风口模式对电池包散热性能的影响,对电池包进风口模式选择和结构优化设计具有重要意义。该文基于55Ah锂离子电池单体发热功率测定数据,选取强迫风冷散热条件下的电动农用车横向电池包作为研究对象,针对持续加速、持续减速、搁置与脉冲放电、实车行驶等四种工况,采用FLOEFD软件对不同进风口模式的横向电池包散热性能进行计算分析,结果表明:两种进风口模式的电池组温升增幅明显高于内部温差,以纵向进风口为例,持续加速结束时刻,电池组最高温升和内部最大温差分别为3.91和2.24℃;持续减速结束时刻,电池组最高温升和内部最大温差分别为4.91和3.70℃;搁置与脉冲放电结束时刻,电池组最高温升和内部最大温差分别为5.17和2.94℃;实车行驶结束时刻,电池组最高温升和内部最大温差分别为7.36和5.40℃。纵向进风口的电池组最高温升和内部最大温差均低于横向进风口,其中,持续加速结束时刻,纵向进风口的电池组最高温升和内部最大温差分别比横向进风口低0.01和0.03℃;持续减速结束时刻,纵向进风口的电池组最高温升和内部最大温差分别比横向进风口低0.14和0.03℃;搁置与脉冲放电结束时刻,纵向进风口的电池组最高温升和内部最大温差分别比横向进风口低0.03和0.01℃;实车行驶结束时刻,纵向进风口的电池组最高温升和内部最大温差分别比横向进风口低0.36和0.08℃,选用纵向进风口模式将提高电池包强迫风冷散热性能。上述结论为电动农用车电池包进风口模式的选择和结构优化设计提供了参考依据。     

循环式蒸馏水器设计及降温装置效果试验

针对目前蒸馏水器存在冷却水浪费严重现象,提出利用风扇产生冷风对冷却水降温处理达到循环冷却的目的,设计出循环式蒸馏水器,通过理论公式和试验分析确定循环式蒸馏水器最优结构和最佳工作参数。同时针对蒸馏水器蒸发锅外壁温度过高,热量损失严重,而且存在安全隐患,采用真空绝热板(vacuum insulation panel,VIP)对蒸发锅外壁隔热处理,试验研究发现采用单层VIP蒸发锅外壁温度从96降到43℃,热量损失8.12 W;采用双层VIP蒸发锅外壁温度从96降到28℃,热量损失5.32 W,相对单层VIP真空绝热板温度降低了28.3%、热量损失降低了34.5%,双层VIP真空绝热具有良好的隔热性能,可提高设备的安全性。降温装置的效果试验表明:在室温25℃、降温装置进口水温50℃的条件下,降温装置的最优结构和最佳工作参数为降温板水平角度60°、降温装置进口水流量43.3 m L/s、风扇风速6.0 m/s,降温装置出口水温为26℃,冷却水温度降低了48%,符合冷凝的要求。该研究可为蒸馏水器的改进提供结构参数和工作参数参考。     

PV-PCM-TE系统设计及电热性能分析

光伏温差混合发电系统（Photovoltaic-Thermoelectric,PV-TE）温度随辐照度变化而波动,对系统的太阳能利用率产生较大的影响。将相变材料（Phase Change Material,PCM）加入PV-TE系统,设计基于相变材料的光伏温差混合发电系统（Photovoltaic-Phase ChangeMaterials-Thermoelectric,PV-PCM-TE）,通过相变材料的相变潜热特性提高系统在辐照度变化下的稳定性。该文分析了系统内部能量传递与转换过程建立数学模型,搭建试验平台测试PV-PCM-TE系统性能。试验结果表明,在辐照度最高的11:00-14:00期间,光伏电池的最高温度基本维持在相变材料的相变温度,使系统在适宜的工作温度下运行;冷却系统采用水冷,冷却效果优于自然风冷,系统接触面选用高导热率材料减小接触热阻提高系统发电效率;PV-PCM-TE系统相比PV-TE系统,电效率与电功率分别增加了1.05%和16.21%,全年测试期间PV-PCM-TE系统最大电效率为22.28%,最大热效率为32.55%,最大?效率为27.32%。系统所获电能可为现代农业温室环境监控系统、照明系统供电,并为植物生长提供部分热能。     

地下水源热泵系统热平衡模拟三维数值模型

为了准确模拟预测地下水源热泵系统运行期间的热平衡变化规律特征,避免未来地下水源热泵系统运行期间出现的热贯通现象。以河北省水勘院正定基地地下水源热泵系统示范工程为例,建立了地下水渗流与热量运移三维耦合数值模型,并结合地下水源热泵系统的设计运行方案,预测分析了不同条件下未来地下水源热泵系统的热平衡发展趋势。结果表明,该示范工程按设计方案运行,抽、灌井之间存在热贯通现象。地下水源热泵系统通过增大温差的方法进行调节,可有效地缓解热贯通现象。     

SE—Structures and Environment: The Penman–Monteith Evapotranspiration Equation as an Element in Greenhouse Ventilation Design

Transpiration is a major cooling mechanism of greenhouse crop canopies. The larger this energy dissipation component, the smaller the required ventilation rate. The evaporation coefficient, namely the fraction of the radiation load dissipated as latent heat, is therefore an important ventilation design parameter, of which designers have currently no more than qualitative knowledge. In an attempt to overcome this difficulty, the present study proposes to incorporate the Penman–Monteith evapotranspiration equation into the standard ventilation design formula. With this modification the design adapts automatically not only to different radiation loads and temperatures, but also to different humidity conditions. The new design formula can be modified for greenhouses with an evaporative cooling system, and either air temperature or crop temperature may be used as the design criterion. The applicability of this approach depends on the availability of reliable bulk Penman–Monteith coefficients, which may be improved by a joint analysis of data from different climatic regions.     

农业基站室外自然冷能微热管阵列式空冷器性能

针对农业生产服务基站内通讯及储备电源等设施发热量高的问题,该文设计了一种基于微热管阵列的室外空冷器,在北方冬季及过渡季节利用自然冷能对通讯基站散热降温,节能降耗。利用多功能气候实验室模拟不同的室外环境温度,对空冷器在不同流程(顺流和逆流)和不同温度及流量下的换热性能、温度分布、?效率及阻力特性等进行分析。结果表明:逆流式空冷器的换热性能相较于顺流式提升了16.9%。微热管阵列传热单元具有优良的导热性能和均温性能。试验过程中空冷器最大换热量为7.5 kW,空气流动的平均压降为164.9 Pa,水循环管路平均压降为7.96 kPa,?效率最高为38.8%,相较于常规冷却塔,微热管阵列式空冷器适用环境温度范围广且阻力较小。与平直翅片的板翅换热器的流动特性与阻力特性对比结果表明,本文锯齿形翅片的空冷器综合性能提升了36.1%。研究结果可为微热管阵列式空冷器在农业基站的应用提供参考。     

严寒地区保温型塑料大棚土壤蓄放热特性

土壤温度及蓄放热特性是保温型塑料大棚土壤传热特性的重要体现。因此,为定性、定量地阐明棚内土壤温度变化规律和蓄放热特性,在严寒地区生产性大棚内进行了试验测试,并通过构建大棚土壤热量平衡简化方程、温差拟合等方法对土壤蓄放热特性进行了理论分析。研究结果表明：1）土壤温度波幅随深度的增加呈乘幂函数递减,通过计算得出测试地区大棚土壤的蓄热层平均厚度约为0.55～0.80 m;2）棚内土壤横向地中传热损失占土壤总热损失的9.8%～24.7%,若将此部分热量用于提高土壤温度,则棚内土壤平均温度可提高0.3～0.5 ℃;3）天气条件对土壤蓄放热性能的影响较大：晴天日累积蓄热量比多云天多37.2%～50.6%左右,日累积放热量比多云天多44.7%～64.3%;晴天的最大蓄热流量和日累积蓄热量均是阴天的4倍以上,与蓄热性能相比,晴天与阴天的土壤放热性能差异较小。土壤蓄放热量主要受表层土壤与气温温差的影响,棚内外气温差对其影响较小。     

鱼油微胶囊射流空化制备工艺优化及理化性质研究

研究目的是以大豆分离蛋白为壁材,对射流空化制备鱼油微胶囊的工艺进行优化。采用喷雾干燥法,研究壁材添加量、乳化剂添加量、芯材添加量及射流空化处理时间对乳液稳定性和鱼油微胶囊包埋率的影响,通过响应面试验分析各因素,得到最优微胶囊制备工艺,并对制备的微胶囊产品同市售产品的结构、理化特性及稳定性进行对比分析。结果表明:在壁材添加量3.21%、乳化剂添加量0.21%、芯材添加量19.70%、射流空化处理时间11.25 min工艺条件下得到的乳液稳定性较好,鱼油微胶囊的包埋率达到94.14%。微胶囊产品微观结构呈球形颗粒,结构致密,颗粒形态完整,粒径小,表面含油率较低,包埋效果好;水分含量为3.07%,溶解度为96.30%,休止角为40.39?,溶解性较好;差示扫描量热分析结果显示,微胶囊热溶解温度较高,可用于常温贮藏。包埋后的鱼油经加速贮藏试验表明微胶囊化可以提高鱼油的氧化稳定性,延长鱼油贮藏期。     

非聚光光伏-热电耦合系统表面换热影响分析及模型验证

目前光伏-热电耦合系统模型多是基于能量守恒原理建立的一维传热模型,忽略了系统表面自然对流及自然辐射换热的影响,对非聚光光伏-热电耦合系统能量分析影响较大。该研究通过ANSYS建立了光伏-热电耦合模型,分析考虑系统表面对流及辐射换热后的系统能量传递过程,研究不同冷却模式下3种不同光伏电池的光伏-热电耦合系统特性,并通过试验对比仿真效率与测量效率,分析仿真模型误差。研究发现系统表面换热对非聚光光伏-热电耦合系统热通量影响主要与环境温度与光伏温度有关,光伏温度越接近环境温度,系统表面对流及辐射换热影响越小。考虑系统表面对流及辐射换热后,3种光伏-热电耦合系统在不同冷却模式下,光伏背板热通量最多减少22.60%。系统表面对流及辐射换热对自然风冷散热模式的光伏-热电耦合系统精度影响最大,光伏背板热通量至少减少9.21%。当冷却效果较好时系统表面对流及辐射换热会导致光伏背板热通量增加,最多增加7.17%。非聚光模式下GaAs光伏-热电耦合系统受辐照度影响最小,600～1 400 W/m2辐照度范围内效率最多减少0.12%。该文所建模型仿真效率最大绝对误差为-0.299 5%,最大相对误差为-3.032 0%,较为适用于非聚光模式的光伏-热电耦合系统特性分析。     

基于效能-传热单元数法的地板传热结构设计

针对当前常用的线算图表在辐射地板传热结构工程设计中存在的问题,通过分析地板传热过程,将多层地板结构当量为单层均匀地板结构,求得了地板各传热环节的热阻及地板结构总热阻,并提出了地板传热效能值,进而从换热器的角度提出了用于地板传热结构设计的效能-传热单元数方法,并和 ASHRAE 手册设计方法进行比较。最后,在北京相应建筑地板辐射系统设计的工程案例中,通过该文提出的效能-传热单元数设计方法进行了地板热工设计,根据房间的热负荷和系统能提供的供水温度,计算所需的地板结构总热阻,进而确定了地板的埋层结构和对应的管间距,经试验测试,房间的温度较好地满足了设计要求。最终结果表明效能-传热单元数设计方法可较好适应多变工程设计条件,既可以根据供水温度确定对应的地板结构,也可以根据地板结构确定所需的供水温度,还可以校核一定供水温度和地板结构下的地板表面温度,可方便进行地板传热结构的设计,为地板辐射系统工程设计提供了一个新的思路。     

水产养殖水下作业机器人关键技术研究进展

传统水产养殖的水下作业任务主要依靠人工完成,劳动强度大,危险性高,水产养殖水下作业面临严峻的人工危机。随着技术进步和制造成本的降低,将水下机器人应用于水产养殖作业有着巨大的需求空间。机器人水下捡拾作业强耦合、多干扰、时变、多体、多环节、作业目标规格形状不一,且作业的精度和速度要求高,机器人水下精准作业是困扰水产养殖界多年的公认难题。本文在对水下机器人-机械手系统(underwater vehicle-manipulator system,UVMS)进行了系统分析的基础上,从弱光照、强耦合、非结构化海洋环境下UVMS的精准捕捞作业目标识别、时变多体捡拾作业条件下水下机器人-机械手系统动力学模型、多扰动条件下目标动物位置识别与定位模型、多约束条件下浅海养殖精准捡拾作业的优化控制等4个方面,对UVMS捕捞作业所涉及的关键技术的地位、国内外研究现状展开分析与讨论,并对所述关键技术的研究前景进行了展望,以期为水产养殖水下作业机器人软件开发提供理论依据和综合性参考。